Transkrypt

1 POSTÊPY BIOLOGII KOMÓRKI TOM NR 3 ( ) C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 613 KOMÓRKI MIÊŒNIOWE Caenorhabditis elegans JAKO MODEL DLA NOWYCH TERAPII DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A MUSCLE CELLS OF Caenorhabditis elegans AS AN EXPERIMENTAL MODEL FOR NEW METHODS OF THERAPY OF DUCHENNE MUSCULAR DYSTROPHY ucja CZY EWSKA-MAJCHRZAK Zak³ad Biologii Komórki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Streszczenie: Dystrofia miêœniowa Duchenne'a (DMD) nale y do najczêstszych i najpowa niejszych w skutkach postaci klinicznych dystrofii miêœniowej. Dotychczas zarówno molekularne podstawy choroby, jak i skuteczne metody jej leczenia nie zosta³y w pe³ni poznane. Przedstawione dane sugeruj¹, i nicieñ Caenorhabditis elegans jest cennym modelem eksperymentalnym w zakresie badañ nad DMD. Znaczne podobieñstwo w strukturze i czynnoœci komórek miêœniowych poprzecznie pr¹ kowanych C. elegans i w³ókien miêœniowych cz³owieka stwarza mo liwoœæ dog³êbnej analizy procesu postêpuj¹cej degeneracji miêœni. Wskazano na udzia³ kana³ów jonowych EGL-19 i BK-SLO w procesie degeneracji miêœni C. elegans. Ponadto opisano efekty mutacji genów, które s¹ zwi¹zane z tym procesem u wymienionego nicienia i mog¹ stanowiæ punkt odniesienia w badaniach nad funkcj¹ tych genów u chorych na DMD. Podkreœlono znaczenie genów dyb-1, dyc-1 i stn-1 w procesie degeneracji miêœni C. elegans. Zwrócono równie uwagê na zastosowanie C. elegans jako organizmu modelowego w badaniach skutecznoœci potencjalnych zwi¹zków farmakologicznych, maj¹cych zastosowanie w terapii dystrofii miêœniowej. Wskazano na prednison, serotoninê, metazolamid i dichlorofenamid jako efektywne œrodki zmniejszaj¹ce poziom degeneracji komórek miêœniowych C. elegans. Uwzglêdniono wp³yw transmisji synaptycznej, jak równie znaczenie w³aœciwej struktury i uk³adu bia³ek odpowiedzialnych za skurcz sarkomeru w procesie degeneracji miêœni C. elegans. S³owa kluczowe: Caenorhabditis elegans, dystrofia miêœniowa Duchenne'a, komórki miêœniowe, degeneracja miêœni. Summary: Duchenne muscular dystrophy is one of the most frequent and most serious types of muscular dystrophies. Both molecular aspects and efficient methods of DMD therapy are not known yet. C. elegans is a promising experimental model in the research on DMD. The paper demonstrates important similarities between structure and function of C. elegans and human muscle cells, which enable a more precise analysis of the muscle degeneration process. The role of ion channels EGL-19 and BK-SLO in muscle degeneration in C. elegans was indicated. The effects of the dyb-1, dyc-1, stn-1 mutations which are associated with muscle degeneration in C. elegans were also described. The knowledge of these genes can be a promising aspect in the research on their function in human. Moreover, C. elegans was pointed out as a model organism in research on efficiency of potential pharmacological compounds which are used

2 614. CZY EWSKA-MAJCHRZAK or could be used in the therapy of DMD. The beneficial effect of prednisone, serotonine, methazolamide and dichlorophenamide was described. The significance of synaptic transmission and proper structure of proteins responsible for muscle contraction in C. elegans muscle degeneration were also indicated. Key words: Caenorhabditis elegans, Duchenne muscular dystrophy, muscle cells, muscle degeneration. 1. WPROWADZENIE Dystrofia miêœniowa Duchenne'a (DMD) nale y do grupy chorób dziedzicznych zwi¹zanych z chromosomem X [48]. Uwa a siê j¹ za najciê sz¹, a równoczeœnie najczêœciej wystêpuj¹c¹ postaæ kliniczn¹ spoœród postêpuj¹cych postaci dystrofii miêœniowych [69]. Przyczyn¹ DMD s¹ mutacje w genie dystrofiny. W ich konsekwencji dochodzi do zmian w ekspresji lub strukturze tego bia³ka we w³óknach miêœniowych, a nastêpnie upoœledzenia czynnoœci miêœni szkieletowych [48]. Gen dystrofiny jest najwiêkszym genem w komórkach ludzkich, zajmuj¹cym prawie 0,1% genomu ludzkiego i 1% chromosomu X [48, 50]. Dystrofina natomiast wchodzi w sk³ad kompleksu bia³ek b³onowych miocytu DAPC (Dystrophin Associated Protein Complex) zwi¹zanych z glikoproteinami macierzy zewn¹trzkomórkowej [16] i oddzia³uje z filamentami aktynowymi znajduj¹cymi siê wewn¹trz komórki [57]. Sugeruje siê, i miêdzy innymi odgrywa ona istotn¹ rolê w utrzymywaniu w³aœciwych oddzia³ywañ miêdzy cytoszkieletem a kompleksem b³onowych dystroglikanów [53], jak równie zachowaniu stabilnoœci b³ony komórkowej podczas skurczu komórek miêœniowych [29]. Szczególn¹ rolê w nieprawid³owym funkcjonowaniu komórek pozbawionych dystrofiny przypisuje siê jonom wapnia. Zaburzenie homeostazy wapniowej [40], a zw³aszcza nadmiar tych jonów bywa uznawany za jeden z czynników odpowiadaj¹cych za stopniow¹ degeneracjê i martwicê miocytów [67]. Przypuszcza siê tak e, i brak dystrofiny mo e wi¹zaæ siê ze zmianami w przepuszczalnoœci sarkolemmy, a w konsekwencji zaburzeniami w transporcie jonów Ca 2+ [40], jak równie w prawid³owym wi¹zaniu enzymów [28]. Niestety, mimo wieloletnich badañ molekularne mechanizmy tkwi¹ce u podstawy rozwoju klinicznej postaci DMD nie s¹ w pe³ni wyjaœnione, a w konsekwencji nie zosta³y jeszcze opracowane metody skutecznej terapii. Jednym z organizmów modelowych w badaniach nad dystrofi¹ miêœniow¹ jest Caenorhabditis elegans. Nicieñ ten by³ pierwszym wielokomórkowym organizmem, którego genom zosta³ zsekwencjonowany [9]. Dowiedziono, i 60 70% genów cz³owieka ma swój odpowiednik w genomie C. elegans [64]. Podobieñstwo to dotyczy równie DNA komórek miêœniowych poprzecznie pr¹ kowanych. Mo na zatem przypuszczaæ, i funkcjonowanie miêœni nicienia i cz³owieka, a tak e ich dysfunkcja w stanach patologicznych wykazuj¹ podobieñstwo [36]. Podkreœla siê liczne zalety C. elegans jako modelu badawczego [21]. Zarówno jego niewielki rozmiar (ok. 1 mm), nieskomplikowane warunki hodowli, jak i krótki cykl yciowy znacznie u³atwiaj¹ prowadzenie badañ, a w szczególnoœci badañ opartych na uzyskanych mutantach C. elegans. Jedn¹ z istotnych cech warunkuj¹cych przydatnoœæ C. elegans jako

3 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 615 organizmu modelowego w badaniach nad DMD jest przeÿroczystoœæ pow³ok cia³a, która umo liwia obserwacje komórek miêœniowych przy zastosowaniu zró nicowanych technik mikroskopowania zarówno in vivo, jak i post mortem. 2. PODOBIEÑSTWA I RÓ NICE W BUDOWIE KOMÓREK MIÊŒNIOWYCH POPRZECZNIE PR KOWANYCH C. elegans I LUDZKICH W organizmie C. elegans wystêpuj¹ zarówno miêœnie g³adkie, jak i poprzecznie pr¹ kowane [36]. Jednak e dla wykorzystania C. elegans jako organizmu modelowego w badaniach nad DMD szczególnie istotne jest porównanie budowy molekularnej komórek miêœni poprzecznie pr¹ kowanych z odpowiadaj¹cymi im w³óknami miêœniowymi cz³owieka. W komórkach miêœniowych C. elegans stwierdza siê wystêpowanie bia³ek, takich jak aktyna i miozyna, buduj¹cych filamenty cienkie i grube, a tak e pr¹ ka M, zorganizowanych w powtarzaj¹ce siê elementy sarkomery, przypominaj¹ce sarkomery miocytów ludzkich (ryc. 1) [46]. Sarkomer ograniczaj¹ z obu stron tzw. cia³ka gêste (ang. dense bodies), które w swojej strukturze i funkcji odpowiadaj¹ elementom budowy miocytów ssaków tzw. dyskom Z (pr¹ kom Z) i kostamerom. Dyskiem Z u ssaków okreœla siê struktury ograniczaj¹ce poszczególne sarkomery, wielokrotnie powtarzaj¹ce siê wzd³u miofibryli. Do najistotniejszych pod wzglêdem iloœciowym bia³ek obecnych w dysku Z ssaków zalicza siê a aktyninê [38]. Istotn¹ czêœæ struktury dysku RYCINA 1. Budowa sarkomeru doros³ego osobnika C. elegans (opracowanie w³asne na podstawie [46]) FIGURE 1. Construction of adult C. elegans sarcomere (own work based on [46])

4 616. CZY EWSKA-MAJCHRZAK RYCINA 2. Schemat obrazuj¹cy g³ówne elementy budowy kostameru ssaków (opracowanie w³asne na podstawie [57]): ECM macierz zewn¹trzkomórkowa, SL sarkolemma, Na + /K + -ATPaza pompa sodowo potasowa, DG dystroglikany, SG sarkoglikany, ANK ankiryna, SPEC spektryna, DYS dystrofina, ACT a-aktynina, VIN winkulina, TAL talina FIGURE 2. The main elements of mamalian sarcomere (own work based on [57]): ECM extracellular matrix, SL sarcolemma, Na + /K + -ATPase Na + /K + pump, DG dystroglycans, SG sarcoglycans, ANK ankyrin, SPEC spectrin, DYS dystrophin, ACT a-actinin, VIN vinculin, TAL talin stanowi¹ tak e titina i nebulina [11, 38]. Kostamery natomiast to kompleksy bia³ek adhezyjnych (ryc. 2), które umo liwiaj¹ kontakt dysków Z ze œrodowiskiem zewn¹trzkomórkowym [18, 36, 59]. Molekularn¹ budowê kostamerów w komórkach ssaków i cia³ek gêstych w miocytach C. elegans cechuj¹ znaczne podobieñstwa, dotycz¹ce zarówno rodzaju, jak i funkcji tworz¹cych je bia³ek [36]. Przyk³ady bia³ek wystêpuj¹cych w kostamerze ssaków i ich homologi obecne w cia³ku gêstym C. elegans przedstawiono w tabeli 1. Za g³ówn¹ funkcjê bia³ek obecnych zarówno w strukturze kostameru oraz dysku Z ssaków, jak i bia³ek obecnych w cia³ku gêstym C. elegans uwa a siê przede wszystkim ich udzia³ w transdukcji generowanej si³y (ang. force transduction) [36]. Równoczeœnie struktury te uczestnicz¹ w przekazie zewn¹trzkomórkowych sygna- ³ów, umo liwiaj¹cych uruchomienie szlaków sygnalizacyjnych [54, 59] wewn¹trz komórek, odpowiedzialnych za prawid³owe funkcjonowanie miocytów, jak równie w³aœciw¹ ekspresjê wybranych genów w tych komórkach [36]. Do bia³ek znajduj¹cych siê na obszarze kostamerów w miocytach cz³owieka zalicza siê tak e dystrofinê zasocjowan¹ z kompleksem DAPC (ryc. 3) [57].

5 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 617 TABELA 1 Przyk³ady bia³ek obecnych w cia³ku gêstym w sarkomerach C. elegans i ich odpowiedniki w miocytach ludzkich (opracowanie w³asne n a podstawie literatury ) TABLE 1. Examples of proteins in dense body in C. elegans sarcomer and their huma n counterparts (own work based on literature) Przyk³adowe bia³ka obecne w cia³ku gêstym C. elegans PAT-2 PAT-3 DEB-1 ATN-1 Talina UNC-112 PAT-4 UNC-97 PAT-6 Przyk³adowe bia³ka wystêpuj¹ce w kostamerze ssaków a-integryn a b-integryn a Winkulina a-aktynin a Talina Mig-2 ILK PINCH Aktopaksyna Literatura [43] [68] [4] [4, 20] [47] [56] [39] [32] [37] Zarówno we w³óknach miêœniowych cz³owieka, jak i komórkach C. elegans zidentyfikowano obecnoœæ dystrofiny, jak równie okreœlono jej lokalizacjê [6, 16, 31]. Dystrofina w komórkach ludzkich jest bia³kiem sk³adaj¹cym siê z 3685 aminokwasów [34], które wystêpuje w ró nych formach powsta³ych w wyniku aktywnoœci odrêbnych promotorów [1]. Poza kilkoma skróconymi i obecnymi wy³¹cznie w komórkach uk³adu nerwowego wariantami tego bia³ka zidentyfikowano trzy izoformy ca³kowitego transkryptu dystrofiny ró ni¹ce siê jedynie krótk¹ sekwencj¹ koñca aminowego. S¹ to: dystrofina M (wystêpuj¹c¹ w miêœniach), dystrofina C (ulegaj¹c¹ ekspresji w korze mózgowej i hipokampie) i dystrofina P (bia³ko podlegaj¹ce ekspresji w miêœniach, korze mózgowej i komórkach Purkinjego) [48]. Dystrofina wystêpuje w komórkach miêœnia sercowego, miêœniach g³adkich, neuronach [64] i w obszarach kostameru komórek miêœni szkieletowych [35, 64]. We w³óknach miêœniowych poprzecznie pr¹ kowanych bia³ko to zlokalizowane jest w obszarze przyb³onowym, gdzie przez N-koniec wi¹ e siê z szkieletem aktynowym (aktyn¹), natomiast C-koniec zakotwiczony jest w b³onie komórkowej [6] asocjuj¹c z kompleksem bia³ek b³onowych (DAPC). Struktura DAPC we w³óknach miêœniowych cz³owieka obejmuje nastêpuj¹ce proteiny: a i b dystroglikany, jak równie cztery lub piêæ sarkoglikanów a, b, g, d, (e) [16, 31] sarkospan, dystrobrewinê (a2), syntrofiny (a1, b1) i synkolinê [16, 29] (rys. 3). Dystrofina bezpoœrednio wi¹ e siê z wymienion¹ dystrobrewin¹ i syntrofin¹ [2, 14, 30, 58, 63]. Zauwa a siê tak e interakcje miêdzy syntrofin¹ nale ¹ca do opisywanego kompleksu i obecn¹ we w³óknach miêœniowych syntaz¹ azotu -nnos [33]. Funkcja dystrofiny nie jest w pe³ni poznana. Jak ju wspomniano, bia³ko to odgrywa zasadnicz¹ rolê w zachowaniu stabilnoœci i integralnoœci sarkolemmy podczas skurczu w³ókien miêœniowych [28]. Istniej¹ równie hipotezy [15, 35], i dystrofina odpowiedzialna jest za prawid³ow¹ lokalizacjê pozosta³ych bia³ek, uczestnicz¹cych w przekazie sygna³ów komórkowych, jak równie bior¹cych udzia³ w skurczu w³ókna miêœniowego. W zwi¹zku z powy szym sugeruje siê [15, 35], i przyczyn¹ postêpuj¹cej degeneracji w³ókien miêœniowych mo e byæ nie tylko destabilizacja sarkolemmy wywo³ana brakiem dystrofiny, lecz równie dezintegracja œrodowiska wewn¹trzkomórkowego zwi¹zana

6 618. CZY EWSKA-MAJCHRZAK RYCINA 3. Porównanie modeli budowy kompleksów DAPC i DGC ssaków i C. elegans (opracowanie w³asne na podstawie [30, 31]) FIGURE 3. Comparison of DAPC and DGC complexes construction in mammals and C. elegans (own work based on [30, 31]) z zaburzeniem architektury i powi¹zañ miêdzy poszczególnymi elementami szkieletu bia³kowego w³ókien miêœniowych. W komórkach miêœniowych C. elegans wystêpuje gen homologiczny do genu dystrofiny cz³owieka (dys-1). Bia³ko DYS-1 zlokalizowane jest w pobli u wewnêtrznej strony b³ony komórek miêœniowych C. elegans, gdzie stanowi czêœæ kompleksu DGC (ang. Dystrophin-Glycoprotein Complex), okreœlanego czasem tak e kompleksem DAPC [35]. Budowa tego kompleksu u C. elegans w porównaniu z budow¹ DAPC u cz³owieka jest mniej z³o ona (ryc. 3). W strukturze ca³ego kompleksu DGC u C. elegans zidentyfikowano nastêpuj¹ce bia³ka: dystrofinê, jedn¹ cz¹steczkê dystroglikanu, 1 3 sarkoglikany (jeden d lub g i prawdopodobnie jeden a i jeden b), dwie cz¹steczki syntrofiny (a lub b i jedna g), jedn¹ cz¹steczkê dystrobrewiny. Nie stwierdzono obecnoœci sarkospanu [31]. Ró nice wystêpuj¹ tak e w lokalizacji kompleksu DAPC i DGC w przypadku ssaków i C. elegans. W komórkach miêœniowych C. elegans bia³ka te prawdopodobnie nie nale ¹ do integralnej czêœci cia³ka gêstego, a kompleks DGC zlokalizowany jest w pobli u tej struktury [35]. Natomiast we w³óknach miêœniowych ssaków, bia³ka DAPC stanowi¹ integraln¹ czêœæ kostameru [35, 52]. W komórkach miêœni C. elegans nie stwierdzono tak e bezpoœredniego oddzia³ywania syntrofiny i dystrofiny [30], podczas gdy w ludzkich w³óknach miêœniowych syntrofina wi¹ e siê z dystrofin¹ w sposób bezpoœredni [2, 30, 63]. Pomimo wskazanych ró nic pomiêdzy kompleksami DGC i DAPC, cechuje je du e podobieñstwo w uk³adzie i strukturze obecnych w nich bia³ek (por. ryc. 3). Syntrofinê, dystrobrewinê i d/g sarkoglikan komórek C. elegans charakteryzuje wysoka homologia w stosunku do tych bia³ek wystêpuj¹cych we w³óknach miêœniowych ssaków [31]. Zarówno w przypadku w³ókien miêœniowych cz³owieka, jak i komórek C. elegans dystrofina i dystrobrewina oddzia³uj¹ ze sob¹ [23]. Wystêpuj¹ tak e interakcje syntrofiny i dystrobrewiny w

7 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 619 obu typach komórek [24, 30, 58]. Prawdopodobnie równie w obu przypadkach (komórkach ludzkich i C. elegans) dystrofina oddzia³uje z b-dystroglikanem. Natomiast kwestia interakcji dystrofiny z cz¹steczkami sarkoglikanów pozostaje niewyjaœniona [31]. 3. PODSTAWY GENETYCZNE POSTÊPUJ CEJ DEGENERACJI MIÊŒNI Caenorhabitis elegans 3.1. Mutacje dys-1 i dys-1; hlh-1 degeneracja miêœni C. elegans jako wynik dysfunkcji kana³ów jonowych Jak wczeœniej wspomniano, dystrofia miêœniowa Duchenne'a (DMD) jest efektem mutacji w genie dystrofiny po³o onym w regionie Xp21. Oko³o 60% wystêpuj¹cych w tym genie mutacji stanowi¹ delecje, obejmuj¹ce przewa nie kilkanaœcie egzonów. Mutacje punktowe pojawiaj¹ siê w ponad 30%, natomiast duplikacje stanowi¹ ok. 6% wystêpuj¹cych mutacji. W przypadku DMD w wyniku wymienionych uszkodzeñ dochodzi do istotnych zmian w ekspresji tego bia³ka w miêœniach [48]. Konsekwencj¹ jest stopniowa degeneracja miocytów, a w rezultacie dysfunkcja uk³adu ruchowomiêœniowego. W komórkach C. elegans dystrofina kodowana jest przez homologiczny do wystêpuj¹cego w komórkach ludzkich, gen dys-1 [7]. Osobniki z mutacj¹ w wymienionym genie cechuj¹ nadaktywnoœæ i nadmierny skurcz miêœni (ang. hipercontraction). Wskazany fenotyp zwi¹zany jest bezpoœrednio z brakiem ekspresji tego bia³ka w komórkach miêœniowych [28]. Jednak e osobniki te charakteryzuj¹ siê bardzo niewielkimi zmianami zarówno w strukturze tkanki miêœniowej, jak i w pracy uk³adu ruchowego w porównaniu z kontrolnymi osobnikami C. elegans. Prawdopodobnie, nik³y stopieñ degeneracji miêœniowej mutantów dys-1 wynika z krótkiego okresu ycia osobników, a w rezultacie braku mo liwoœci rozwoju choroby na poziomie tkanki i ca³ego organizmu [7]. Natomiast zaobserwowane u mutantów dys-1 zmiany fenotypowe (nadaktywnoœæ, nadmierny skurcz miêœni) mog¹ byæ zwi¹zane ze zmniejszeniem aktywnoœci enzymu acetylocholinoesterazy, metabolizuj¹cego acetylocholinê do choliny i reszt kwasu octowego. W organizmie C. elegans wyró nia siê 3 klasy tego enzymu A(ACE-1), B(ACE-2), C(ACE-3) ró ni¹ce siê miêdzy innymi mas¹ cz¹steczkow¹ i sk³adem podjednostkowym poszczególnych form [55]. Podjednostki zawieraj¹ce miejsca aktywne enzymów klasy A, B, C s¹ odpowiednio produktami genów ace-1, ace-2, ace-3. Zidentyfikowano tak e gen ace-4, koduj¹cy prawdopodobnie nieaktywn¹ formê bia³ka [55]. Natomiast za najistotniejsze z punktu widzenia aktywnoœci enzymatycznej uwa a siê enzymy klasy ACE-1 i ACE-2. Obecnoœæ ACE-1 (ekspresjê ace-1) potwierdzono przede wszystkim w komórkach miêœniowych [28], natomiast ekspresjê ace-2 zidentyfikowano g³ównie w neuronach [3]. Osobniki dys-1 charakteryzuj¹ siê obni eniem aktywnoœci acetylocholinoesterazy, jak równie zwiêkszon¹ wra liwoœci¹ na inhibitor acetylocholinoesterazy (aldikarb) i acetylocholinê. Bezpoœredni¹ przyczyn¹ zmniejszenia

8 620. CZY EWSKA-MAJCHRZAK aktywnoœci acetylocholinoesterazy u osobników z mutacj¹ dys-1 mo e byæ miejscowa dezorganizacja sarkolemmy wynikaj¹ca z braku bia³ka dystrofiny, a w konsekwencji niew³aœciwa lokalizacja i oddzia³ywanie tego enzymu z elementami b³ony komórkowej [28]. Pomimo braku jednoznacznych podobieñstw w poszczególnych klasach acetylocholinoesterazy C. elegans i cz³owieka [55], analizuj¹c genetyczne podobieñstwa miêdzy komórkami C. elegans a komórkami ludzkimi, nale y zwróciæ uwagê na inne zbie noœci wystêpuj¹ce w uk³adzie cholinergicznym nicienia i cz³owieka [61]. W zwi¹zku z powy szym, wywo³ana brakiem dystrofiny dysfunkcja acetylocholinoesterazy C. elegans, bêd¹cej elementem funkcjonalnym tego uk³adu, mo e stanowiæ punkt rozwa añ w badaniach nad dystrofi¹ miêœniow¹ Duchenne'a u cz³owieka. W badaniach degeneracji miêœni C. elegans porównano osobniki ujawniaj¹ce fenotypowo mutacjê dys-1 z osobnikami, u których (poza mutacj¹ w genie dystrofiny) indukowano dodatkow¹ mutacjê genu hlh-1. Gen hlh-1 koduje jeden z podstawowych czynników transkrypcyjnych (ang. basic-helix-loop-helix transcription factor) [49] bia³ko MyoD nale ¹ce do grupy protein reguluj¹cych proces ró nicowania siê miêœni (ang. MRfs-myogenic regulatory factors) [17]. Wystêpuj¹ istotne ró nice w strukturze miêœni mutantów dys-1 i dys-1; hlh-1. Zwierzêta z podwójn¹ mutacj¹ dys-1; hlh-1 cechuj¹ siê znacznymi i postêpuj¹cymi zmianami degeneracyjnymi w strukturze komórek miêœniowych [26, 42]. Analizuj¹c molekularne aspekty procesu degeneracji miêœni C. elegans istotny jest zwi¹zek tego procesu z prawid³owym funkcjonowaniem kana³u Ca 2+ bramkowanego napiêciem (EGL-19) [42]. Inaktywacja tego kana³u (w drodze interferencji RNA) osobników dys-1; hlh-1 znacznie redukuje iloœæ zdegenerowanych komórek miêœniowych. Powy sze badania potwierdzaj¹, i wapñ mo e byæ równie istotnym czynnikiem wp³ywaj¹cym na progresjê DMD u ludzi [42]. W przypadku analizy funkcji kana³ów jonowych C. elegans i ich zwi¹zku z procesem degeneracji miêœni, zwrócono tak e uwagê na kana³y potasowe z rodziny BK (Slo) bramkowane napiêciem i jonami Ca 2+ [7]. Rodzina kana³ów SLO C. elegans reprezentowana jest przez dwa kana³y SLO-1, SLO-2, kodowane odpowiednio przez geny slo-1 i slo-2. Obecnoœæ kana³ów SLO-1 zidentyfikowano m.in. w obszarze cia³ek gêstych w komórkach miêœniowych C. elegans. Mutanty slo-1 wykazuj¹ identyczne zmiany fenotypowe jak mutanty dys-1. Zwierzêta te cechuje nadaktywnoœæ i tendencja do utrzymywania siê nadmiernego skurczu miêœni. Natomiast podwójne mutanty hlh-1; slo-1, podobnie jak mutanty dys-1; hlh-1 charakteryzuj¹ siê wyraÿnymi zmianami degeneracyjnymi w strukturze komórek miêœniowych. Równoczeœnie stwierdzono, i nadekspresja bia³ka SLO-1 prawdopodobnie mo e niwelowaæ stopieñ zniszczenia miêœni osobników z mutacj¹ w genach dys-1 i hlh-1 [7]. Bior¹c pod uwagê wykazan¹ lokalizacjê kana³u SLO-1 (obszar cia³ka gêstego), a tak e doniesienia [12, 13, 65], potwierdzaj¹ce funkcjonalne zale noœci miêdzy niektórymi bia³kami kompleksu DGC (zlokalizowanego prawdopodobnie w pobli u cia³ka gêstego) a kana³ami jonowymi, przypuszcza siê równie, i mog¹ istnieæ poœrednie lub bezpoœrednie interakcje miêdzy bia³kami SLO-1 a dystrofin¹ znajduj¹c¹ siê w wymienionym kompleksie bia³ek. Co wiêcej, okaza³o siê [7], i dystrofina oddzia³uje z winkulin¹ bia³kiem wchodz¹cym w sk³ad cia³ka gêstego. W zwi¹zku z powy szym wskazuje siê na prawdopodobn¹ zale noœæ miêdzy brakiem

9 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 621 RYCINA 4. Model wzajemnych oddzia³ywañ bia³ek z kompleksu DGC i kana³u Slo-1 (opracowanie w³asne na podstawie [7]) FIGURE 4. Model of mutual interactions between proteins of DGC complex and Slo-1 channel (own work based on [7]) bia³ka DYS-1, w konsekwencji dezorganizacj¹ struktury DGC a dysfunkcj¹ kana³u SLO (ryc. 4). W zwi¹zku z powy szymi doniesieniami sugeruje siê, i brak dystrofiny w przypadku postêpuj¹cej degeneracji komórek miêœniowych C. elegans mo e skutkowaæ dysfunkcj¹ kana³u SLO-1 [7], a w konsekwencji odgrywaæ istotn¹ rolê w progresyjnej degeneracji miêœni Mutacje w grupie genów dys-1 znaczenie bia³ek wspó³dzia³aj¹cych z dystrofin¹ w procesie degeneracji miêœni Opisany powy ej fenotyp osobników C. elegans charakteryzuj¹cych siê nadmiern¹ aktywnoœci¹ i wzmo onym napiêciem miêœni nie dotyczy wy³¹cznie mutantów dys-1 i slo-1. Wykazano [7, 26, 31], i wspomniane cechy pojawiaj¹ siê u C. elegans tak e jako efekt mutacji w nastêpuj¹cych genach: dyb-1 (dystrobrewiny), stn-1(syntrofiny), sgn-1(d/g sarkoglikanu), dyc-1 (bia³ko spokrewnione z ludzkim bia³kiem CAPON), a tak e snf-6 (transporteru acetylocholiny). W zwi¹zku z widocznym podobieñstwem cech fenotypowych tych osobników do cech ujawniaj¹cych siê w przypadku osobników z mutacj¹ w genie dys-1, geny te okreœlono jako grupê genów dys-1 (ang. dys-1 group of genes). Pomimo e bia³ka bêd¹ce produktem ekspresji genów tej grupy wystêpuj¹ zarówno w komórkach miêœniowych, jak i nerwowych C. elegans, fenotypy wymienionych mutantów wynikaj¹ z zaburzeñ ekspresji przytoczonych genów w komórkach miêœniowych [7]. We wszystkich przypadkach wykazanych mutacji stwierdzono nadwra liwoœæ mutantów na aldikarb (inhibitor acetylocholinoesterazy) [6], co sugeruje zmiany w transmisji cholinergicznej tych osobników. Nadekspresja niektórych genów, np. dyc-1 i dyb-1 mo e czêœciowo kompensowaæ mutacjê dys-1 i brak bia³ka dystrofiny. W przypadku tej nadekspresji,

10 622. CZY EWSKA-MAJCHRZAK u podwójnych mutantów dys-1; hlh-1 zauwa ono mniejszy stopieñ degeneracji komórek miêœniowych w porównaniu z mutantami dys-1; hlh-1, u których nie wywo³ano nadekspresji dyc-1 lub dyb-1 [25, 26]. W zwi¹zku z powy szym, wielowymiarowa analiza wzajemnych powi¹zañ i podobieñstw funkcjonalnych miêdzy bia³kami bêd¹cymi efektem ekspresji genów dyc-1 i dyb-1 a dystrofin¹ wydaje siê byæ cennym punktem odniesienia w badaniach nad DMD Zanik ekspresji genów dyb-1, dyc-1, stn-1 jako istotny czynnik w przebiegu degeneracji miêœni C. elegans Nadekspresja genów dyb-1 i dyc-1 kompensuje w du ej mierze brak bia³ka dystrofiny [25,26]. Mog¹ one odgrywaæ istotn¹ rolê w procesie postêpuj¹cej degeneracji miêœni C. elegans. Dystrobrewina, za której ekspresjê odpowiada gen dyb-1, wystêpuje w komórkach miêœniowych, w kompleksach bia³ek DGC (DAPC) zarówno ssaków, jak i C. elegans. Chorych na DMD cechuje ni szy poziom dystrobrewiny lub te stwierdza siê jej ca³kowity brak w obszarze sarkolemmy [44]. Natomiast w przypadku C. elegans, pomimo i gen dyb-1 wykazuje 38% podobieñstwa do genu wystêpuj¹cego u ssaków, nie wykazano zale noœci miêdzy brakiem dystrofiny a poziomem bia³ka dystrobrewiny [25]. Zaobserwowano natomiast istotne analogie w fenotypie pojedynczych mutantów dys-1 i dyb-1. Jak wy ej wspomniano, mutacja w genie dyb-1 u C. elegans wywo³uje podobne zmiany w zachowaniu tych osobników, jak w przypadku mutantów dys-1, tj. nadaktywnoœæ i nadmierny skurcz miêœni. Co wiêcej mutanty dyb-1 cechuje zmieniona transmisja cholinergiczna [27]. U osobników tych wystêpuj¹ nadwra liwoœæ na inhibitor acetylocholinoesterazy (aldikarb), zwiêkszona wra liwoœæ na acetylocholinê i na redukcjê poziomu acetylocholinoesterazy. Równoczeœnie, podobnie jak w przypadku mutantów dys-1 nie wykazano znacznego uszkodzenia tkanki miêœniowej u tych osobników. Natomiast podwójne mutanty dyb-1; hlh-1 wykazuj¹ istotne podobieñstwa do fenotypu dys-1;hlh-1. Osobniki te cechuj¹ nieskoordynowane ruchy i postêpuj¹ca w czasie degeneracja komórek miêœniowych [27], charakteryzuj¹ca siê jednak e mniejszym nasileniem ni w przypadku mutacji dys-1; hlh-1 [30]. Powy sze rezultaty mog¹ wskazywaæ zatem na funkcjonalny zwi¹zek dystrofiny i dystrobrewiny. Interesuj¹ce zale noœci wykazano w przypadku analizy funkcji bia³ka DYC-1. Jest to bia³ko strukturalnie podobne do bia³ka CAPON (ang. closest relative to CAPON) syntetyzowanego w neuronach i w miêœniowych komórkach satelitarnych krêgowców [33, 60]. W komórkach nerwowych krêgowców CAPON odgrywa rolê bia³ka adaptorowego dla syntazy azotu (nnos), umo liwiaj¹c w³aœciwe oddzia³ywanie z bia³kiem z grupy bia³ek G DEXras1 [19]. Znaczenie bia³ka CAPON w fizjologii w³ókien miêœniowych krêgowców nie zosta³o w pe³ni poznane [60]. W organizmie C. elegans bia³ko DYC-1 jest obecne zarówno w komórkach nerwowych, jak i w komórkach miêœniowych. W tych ostatnich wystêpuje ono w pobli u cia³ek gêstych, a prawdopodobnie równie fizycznie oddzia³uje z t¹ struktur¹ [35]. Potwierdzono wzajemne interakcje miêdzy bia³kiem DYC-1 a bia³kiem ZYX-1 obecnym w cia³ku gêstym (ryc. 5) [35].

11 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 623 Jak ju wspomniano, mutacja w genie dyc-1 wykszta³ca podobny fenotyp osobników, jak w przypadku mutacji w genie dys-1. Mutanty dyc-1 charakteryzuj¹ siê nadwra - liwoœci¹ na aldikarb [7]. W konsekwencji wprowadzenia dodatkowej mutacji w genie hlh-1 u osobników dyc-1, podobnie jak w przypadku podwójnych mutantów dys-1; hlh- 1 i dyb-1; hlh-1 tkanka miêœniowa ulega stopniowej degeneracji [26]. Ponadto, nadekspresja bia³ka DYC redukuje poziom uszkodzeñ w tkance miêœniowej mutantów dys-1; hlh-1 [26]. Bior¹c pod uwagê powy sze zale - noœci, tj. podobieñstwo fenotypów mutantów dys-1 i dyc-1, jak równie lokalizacjê i fizyczne interakcje bia³ka DYC-1 z bia³kiem ZYX-1 przypuszcza siê, i mo e istnieæ funkcjonalny i/albo fizyczny zwi¹zek pomiêdzy dystrofin¹, bia³kiem DYC-1 i cia³kiem gêstym [35]. TABELA 2. Porównanie stopnia degeneracji miêœni u osobników z wprowadzon¹ mutacj¹ w genach "grupy dys-1" i w grupie kontrolnej (opracowanie w³asne na podstawie [30, 35]) TABLE 2.Comparison between muscle degeneration level in C. elegans specimen with mutation in genes of "dys-1 group" and in control sample (own work based on [30, 35]) Genotyp Œrednia liczb a zdegenerowanych komórek miêœniowych C. elegans N2 0 stn-1 0 dys-1 0,1 ± 0,1 dys-1;hlh-1 11,5 ± 0,8 stn-1; hlh-1 2,2 ± 0,5 dyb-1; hlh-1 3,3 ± 0,4 Pomimo i nie wykazano bezpoœredniego oddzia³ywania miêdzy bia³kiem DYC-1 i DYS-1, zak³ada siê hipotezê, i brak dystrofiny mo e w sposób poœredni destabilizowaæ bia³ko DYC-1, wp³ywaj¹c na zaburzenie funkcji i struktury cia³ka gêstego, jak równie ca³ego sarkomeru, co w rezultacie mog³oby byæ przyczyn¹ degeneracji komórki miêœniowej [35]. Omawiaj¹c bia³ka, które mog¹ odgrywaæ potencjaln¹ rolê w procesie degeneracji miêœni C. elegans, warto wspomnieæ tak e o syntrofinie. W miocytach cz³owieka syntrofiny s¹ bia³kami, wystêpuj¹cymi podobnie jak w przypadku miocytów C. elegans, w kompleksie DAPC/DGC [30]. Jednak e, prawdopodobnie wy³¹cznie w komórkach ludzkich proteiny te zdolne s¹ do bezpoœredniego wi¹zania siê z dystrofin¹ [30]. W miocytach cz³owieka syntrofina oddzia³uje z syntaz¹ tlenku azotu nnos. W przypadku braku syntrofiny, wystêpuj¹ znaczne zaburzenia w lokalizacji tego enzymu [30]. Podobne zjawisko nieprawid³owej lokalizacji nnos zaobserwowano równie w przypadku braku dystrofiny [66]. C. elegans jest organizmem, którego gen stn-1, podobnie jak wy ej opisane geny dyb-1 i dyc-1 nale y do grupy genów, których mutacja wywo³uje charakterystyczne zmiany w fenotypie, tj. nadaktywnoœæ i nadmierny skurcz miêœni [27]. Badania na podwójnych mutantach stn-1; hlh-1 wykaza³y, i syntrofina odgrywa znacz¹c¹ rolê w procesie degeneracji komórek miêœniowych. Co wiêcej, porównywalny stopieñ zaawansowania degeneracji miêœni osobników stn-1; hlh-1 i wczeœniej opisanych mutantów dyb-1; hlh-1 (tab. 2), jak równie liczne eksperymenty na mutantach dys-1, stn-1, dyb-1 wskazuj¹ na prawdopodobny zwi¹zek funkcjonalny miêdzy syntrofin¹ i dystrobrewin¹ i silniejsze zale noœci miêdzy tymi bia³kami ni w przypadku syntrofiny i dystrofiny [30] (tab. 2).

12 624. CZY EWSKA-MAJCHRZAK RYCINA 5. Lokalizacja i interakcje bia³ka DYC-1 (opracowanie w³asne na podstawie [35]): SL sarkolemma, ECM macierz zewn¹trzkomórkowa, DSG ang. Dystrophin-Glycoprotein Complex FIGURE 5. Localisation and interactions of the DYC-1 protein (own work based on [35]): SL sarcolemma, ECM extracellular matrix, DSG Dystrophin-Glycoprotein Complex Poza wskazan¹ rol¹ syntrofiny w komórkach miêœniowych C. elegans, prawdopodobnie bia³ko to mo e poœrednio wp³ywaæ na aktywnoœæ wczeœniej wskazanych kana³ów wapniowych EGL-19 spowalniaj¹c nap³yw jonów Ca 2+ do komórek [30], co w zwi¹zku z sugerowanym znaczeniem jonów wapnia w procesie DMD mo e stanowiæ kolejny krok w pe³nym zrozumieniu molekularnych aspektów tej choroby. 4. C. elegans A MO LIWOŒCI TERAPII DMD C. elegans jako organizm modelowy mo e znaleÿæ zastosowanie nie tylko w wyjaœnieniu molekularnych przyczyn dystrofii miêœniowej Duchenne'a, lecz równie w poszukiwaniu potencjalnych metod terapii tej choroby. Dotychczas nie zosta³y poznane skuteczne metody leczenia DMD, zarówno powstrzymuj¹ce, jak te ca³kowicie eliminuj¹ce objawy choroby. Powszechnie stosowane s¹ farmaceutyki z grupy steroidów (prednizon, deflazakort) [10, 62], które jedynie opóÿniaj¹ proces degeneracji miêœni. Ze wzglêdu na wielokierunkowoœæ dzia³ania powy szych leków, mechanizm ich korzystnego wp³ywu w przypadku leczenia DMD nie zosta³ jednoznacznie okreœlony [21]. Zwi¹zki te mog¹ redukowaæ nadmierny nap³yw jonów Ca 2+ [51], które bior¹ udzia³ na przyk³ad w aktywacji proteaz odpowiedzialnych za procesy degeneracyjne we w³óknach miêœniowych [67]. Pozytywny efekt terapeutyczny prednizonu osi¹gniêto równie w przypadku eksperymentów na C. elegans dys-1; hlh-1 [21], co równie potwierdza znaczne podobieñstwo mechanizmów odpowiedzialnych za funkcjonowanie uk³adu miêœniowego cz³owieka i C. elegans. Niedawne badania [8] nad nadmienianym wielokrotnie mutantem C. elegans dys-1; hlh-1 wskazuj¹ na serotoninê, jako czynnik hamuj¹cy postêpuj¹cy proces

13 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 625 degeneracji miêœni tych osobników. Udowodniono skutecznoœæ zwi¹zków chemicznych podwy szaj¹cych poziom endogennej serotoniny: fluoxetyny (Prozac), imipraminy i trimipraminy. Nie uzyskano natomiast pozytywnych rezultatów w przypadku zastosowania dopaminy i oktopaminy. Zbadano tak e skutecznoœæ egzogennych agonistów receptorów serotoniny. Poprawa kondycji komórek miêœniowych (w mniejszym zakresie ni w przypadku zastosowania serotoniny) nast¹pi³a w przypadku zastosowania m-chloropentylu piperazyny i N-metylo-quipazyny. Nale y jednak e zaznaczyæ, i wymienione zwi¹zki skuteczniej hamuj¹ proces degeneracji miêœni C. elegans ni wspomniany prednizon [8]. Najnowsze badania wskazuj¹ ponadto na dwa inne farmaceutyki hamuj¹ce proces degeneracji komórek miêœniowych mutantów dys-1(cx18); hlh-1(cc561). Inhibitory anhydrazy wêglanowej z grupy sulfonamidów: metazolamid MTZ (ang. methazolamide) i dichlorofenamid DCPM (ang. dichlorophenamide), istotnie wp³ywaj¹ na zmniejszenie liczby zdegenerowanych komórek miêœniowych osobników z mutacj¹ dys-1 w porównaniu z osobnikami z grupy kontrolnej [22]. Rozwa aj¹c przyczyny postêpuj¹cej degeneracji miêœni osobników pozbawionych dystrofiny, jak równie potencjalne metody terapii DMD wskazuje siê [45] na istotn¹ rolê czynników molekularnych odpowiedzialnych za bezpoœrednie wywo³anie skurczu komórek miêœniowych. W przypadku zablokowania skurczu miocytów poprzez miejscowe wprowadzenie toksyny tê ca wyst¹pi³o zmniejszenie stopnia degeneracji tych komórek [45]. Denerwacja miêœni, a tym samym inhibicja skurczu mo e wiêc wywo³ywaæ zmiany w ekspresji genów odpowiedzialnych m.in. za procesy metaboliczne, degradacjê bia³ek i proces apoptozy w miocytach [5]. W zwi¹zku ze znacznym podobieñstwem zarówno pod wzglêdem anatomicznym, jak i fizjologicznym miêœni cz³owieka i C. elegans sprawdzono tak e [41], w jakim stopniu inhibicja skurczu miocytów wp³ywa na procesy degeneracji tkanki miêœniowej mutantów C. elegans dys-1; hlh-1. W powy szym celu indukowano dodatkowe mutacje w genach kluczowych z punktu widzenia skurczu komórek miêœniowych: unc-13, unc-29, unc-38, egl-19, unc-2, unc-68 unc-89, unc-22, unc-96, lev-11, pat-10 [41]. Funkcjonalne i uogólnione znaczenie bia³ek, za których ekspresjê odpowiadaj¹ powy sze geny zobrazowano na rycinie 6. We wszystkich analizowanych przypadkach wyst¹pi³o zmniejszenie liczby zdegenerowanych komórek miêœniowych. Siln¹ supresjê procesu degeneracji obserwowano u mutantów unc-89 (Unc-89, ang. obscurin), unc-22 (Unc-22, ang. twitchin), unc-96 (Unc-96, bia³ko linii M), natomiast w przypadku mutantów lev- 11 i pat-10 proces ten zosta³ ca³kowicie zahamowany. Powy sze rezultaty mog¹ œwiadczyæ zatem, i proces degeneracji miêœni zwi¹zany z brakiem dystrofiny u C. elegans œciœle wi¹ e siê z nienaruszon¹ struktur¹ i uk³adem bia³ek odpowiedzialnych za skurcz sarkomeru [41]. C. elegans jako organizm modelowy mo e znaleÿæ zastosowanie w poszukiwaniu nowych terapii DMD. Zbli ona struktura miocytów C. elegans oraz cz³owieka zarówno w zakresie rodzaju bia³ek, jak równie ich uk³adu i wzajemnych oddzia³ywañ stwarzaj¹ perspektywê wnikliwej analizy dysfunkcji miêœni przy braku ekspresji genu dystrofiny w przypadku obu organizmów. Co wiêcej, istotne podobieñstwo genów

14 626. CZY EWSKA-MAJCHRZAK RYCINA 6. Funkcjonalne znaczenie bia³ek: UNC-13, UNC-29, UNC-38, EGL-19, UNC-2, UNC-68, UNC-89, UNC-22, UNC-96, UNC-11, UNC-10 (opracowanie w³asne na podstawie [41]) FIGURE 6. Molecular function of the proteins: UNC-13, UNC-29, UNC-38, EGL-19, UNC-2, UNC-68, UNC-89, UNC-22, UNC-96, UNC-11, UNC-10 (own work based on [41]) dyb-1, dyc-1, stn-1 zwi¹zanych poœrednio lub bezpoœrednio z degeneracj¹ miêœni C. elegans do genów wystêpuj¹cych w komórkach cz³owieka wskazuje na nowe mo liwoœci w poszukiwaniu przyczyn patologii tych ostatnich. Mo na przypuœciæ, i C. elegans bêdzie, szerzej ni dot¹d, wykorzystany w celu weryfikacji lub potwierdzenia skutecznoœci dzia³ania potencjalnych farmaceutyków i metod terapii DMD u ludzi, w stosunkowo nieodleg³ej przysz³oœci. PODZIÊKOWANIA Szanownemu Panu Profesorowi dr hab. Andrzejowi Lesickiemu sk³adam serdeczne podziêkowania za cenn¹ pomoc w przygotowaniu niniejszego artyku³u. LITERATURA [1] AHN AH, KUNKEL LM. The structural and functional diversity of dystrophin. Nat Genet 1993; 3: [2] AHN AH, KUNKEL LM. Syntrophin binds to an alternatively spliced exon of dystrophin. J Cell Biol 1995; 128:

15 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 627 [3] ARPAGAUS M, COMBES D, CULETTO E, GRAUSO M, FEDON Y, ROMANI R, TOUTANT JP. Four acetylcholinesterase genes in the nematode Caenorhabditis elegans. J Physiol Paris 1998; 92: [4] BARSTEAD RJ, KLEIMAN L, WATERSTON RH. Cloning, sequencing, and mapping of an alpha-actinin gene from the nematode Caenorhabditis elegans. Cell Motil Cytoskeleton 1991; 20: [5] BATT J, BAIN J, GONCALVES J, MICHALSKI B, PLANT P, FAHNESTOCK M, WOODGETT J. Differential gene expression profiling of short and long term denervated muscle. FASEB J 2006; 20: [6] BESSOU C, GIUGIA JB, FRANKS CJ, HOLDEN-DYE L, SÉGALAT L. Mutations in the Caenorhabditis elegans dystrophin-like gene dys-1 lead to hyperactivity and suggest a link with cholinergic transmission. Neurogenetics 1998; 2: [7] CARRE-PIERRAT M, GRISONI K, GIESELER K, MARIOL MC, MARTIN E, JOSPIN M, ALLARD B, SÉGALAT L. The SLO-1 BK Channel of Caenorhabditis elegans is critical for muscle function and is involved in dystrophin-dependent muscle dystrophy. J Mol Biol 2006; 358: [8] CARRE-PIERRAT M, MARIOL MC, CHAMBONNIER L, LAUGRAUD A, HESKIA F, GIACOMOTTO J, SÉGALAT L. Blocking of striated muscle degeneration by serotonin in C. elegans. J Muscle Res Cell Motil 2006B; 27: [9] C. elegans Sequencing Consortium. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for investigating biology. Science 1998; 282: [10] CIAFALONI E, MOXLEY RT. Treatment options for Duchenne muscular dystrophy. Curr Treat Options Neurol 2008; 10: [11] CLARK KA, MCELHINNY AS, BECKERLE MC, GREGORIO CC. Straited muscle cytoarchitecture: an intricate web of form and function. Annu Rev Cell Dev Biol 2002; 18: [12] CONNORS NC, ADAMS ME, FROEHNER SC, KOFUJI P. The potassium channel Kir4.1 associates with the dystrophin-glycoprotein complex via alpha-syntrophin in glia. J Biol Chem 2004; 279: [13] CONNORS NC, KOFUJI P. Dystrophin Dp71 is critical for the clustered localization of potassium channels in retinal glial cells. J Neurosci 2002; 22: [14] CRAWFORD GE, FAULKNER JA, CROSBIE RH, CAMPBELL KP, FROEHNER SC, CHAMBER- LAIN JS. Assembly of the dystrophin-associated protein complex does not require the dystrophin COOH-terminal domain. J Cell Biol 2000; 150: [15] DUBOWITZ V. What is muscular dystrophy? Forty years of progressive ignorance. JR Coll Physicians Lond 2000; 34: [16] EHMSEN J, POON E, DAVIES K. The dystrophin-associated protein complex. J Cell Sci 2002; 115: [17] Entrez Gene NCBI, [18] ERVASTI JM. Costameres: the Achilles' heel of Herculean muscle. J Biol Chem 2003; 278: [19] FANG M, JAFFREY SR, SAWA A, YE K, LUO X, SNYDER SH. Dexras1: A G protein specifically coupled to neuronal nitric oxide synthase via CAPON. Neuron 2000; 28: [20] FRANCIS GR, WATERSTON RH. Muscle organization in Caenorhabditis elegans: localization of proteins implicated in thin filament attachment and I-band organization. J Cell Biol 1985; 101: [21] GAUD A, SIMON JM, WITZEL T, CARRE-PIERRAT M, WERMUTH CG, SÉGALAT L. Prednisone reduces muscle degeneration in dystrophin-deficient Caenorhabditis elegans. Neuromuscul Disord 2004; 14: [22] GIACOMOTTO J, PERTL C, BORREL C, WALTER MC, BULST S, JOHNSEN B, BAILLIE DL, LOCHMÜLLER H, THIRION C, SÉGALAT L. Evaluation of the therapeutic potential of carbonic anhydrase inhibitors in two animal models of dystrophin deficient muscular dystrophy. Hum Mol Genet 2009; 18: [23] GIESELER K, ADBEL-DAYEM M, SÉGALAT L. In vitro interactions of Caenorhabditis elegans dystrophin with dystrobrevin and syntrophin. FEBS Lett 1999; 461: [24] GIESELER K, BESSOU C, SÉGALAT L. Dystrobrevin- and dystrophin-like mutants display similar phenotypes in the nematode Caenorhabditis elegans. Neurogenetics 1999b; 2: [25] GIESELER K, GRISONI K, MARIOL MC, SÉGALAT L. Overexpression of dystrobrevin delays locomotion defects and muscle degeneration in a dystrophin-deficient Caenorhabditis elegans. Neuromuscul Disord 2002; 12: [26] GIESELER K, GRISONI K, SÉGALAT L. Genetic suppression of phenotypes arising from mutations in dystrophin-related genes in Caenorhabditis elegans. Curr Biol 2000; 10: [27] GIESELER K, MARIOL MC, BESSOU C, MIGAUD M, FRANKS CJ, HOLDEN-DYE L, SÉGALAT L. Molecular, genetic and physiological characterisation of dystrobrevin-like (dyb-1) mutants of Caenorhabditis elegans. J Mol Biol 2001; 307:

16 628. CZY EWSKA-MAJCHRZAK [28] GIUGIA JB, GIESELER K, ARPAGAUS M, SÉGALAT L. Mutations in the dystrophin-like dys-1 gene of Caenorhabditis elegans result in reduced acetylcholinesterase activity. FEBS Lett 1999; 463: [29] GREENER MJ, ROBERTS RG. Conservation of components of the dystrophin complex in Drosophila. FEBS Lett 2000; 482: [30] GRISONI K, GIESELER K, MARIOL MC, MARTIN E, CARRE-PIERRAT M, MOULDER G, BAR- STEAD R, SÉGALAT L. The stn-1 syntrophin gene of C. elegans is functionally related to dystrophin and dystrobrevin. J Mol Biol 2003; 332: [31] GRISONI K, MARTIN E, GIESELER K, MARIOL MC, SEGALAT L. Genetic evidence for a dystrophinglycoprotein complex (DGC) in Caenorhabditis elegans. Gene 2002; 294: [32] HOBERT O, MOERMAN DG, CLARK KA, BECKERLE MC, RUVKUN G. A conserved LIM protein that affects muscular adherens junction integrity and mechanosensory function in Caenorhabditis elegans. J Cell Biol 1999; 144: [33] JAFFREY SR, SNOWMAN AM, ELIASSON MJ, COHEN NA, SNYDER SH. CAPON: a protein associated with neuronal nitric oxide synthase that regulates its interactions with PSD95. Neuron 1998; 20: [34] KOENIG M, MONACO AP, KUNKEL LM. The complete sequence of dystrophin predicts a rod-shaped cytoskeletal protein. Cell 1988; 53: [35] LECROISEY C, MARTIN E, MARIOL MC, GRANGER L, SCHWAB Y, LABOUESSE M, SÉGALAT L, GIESELER K. DYC-1, a protein functionally linked to dystrophin in Caenorhabditis elegans is associated with the dense body, where it interacts with the muscle LIM domain protein ZYX-1. Mol Biol Cell 2008; 19: [36] LECROISEY C, SÉGALAT L, GIESELER K. The C. elegans dense body: anchoring and signaling structure of the muscle. J Muscle Res Cell Motil 2007; 28: [37] LIN X, QADOTA H, MOERMAN DG, WILLIAMS BD. C. elegans PAT-6/actopaxin plays a critical role in the assembly of integrin adhesion complexes in vivo. Curr Biol 2003; 13: [38] LUTHER PK. The vertebrate muscle Z-disc: sarcomere anchor for structure and signalling. J Muscle Res Cell Motil 2009; 30: [39] MACKINNON AC, QADOTA H, NORMAN KR, MOERMAN DG, WILLIAMS BD. C. elegans PAT-4/ILK functions as an adaptor protein within integrin adhesion complexes. Curr Biol 2002; 12: [40] MARCHAND E, CONSTANTIN B, BALGHI H, CLAUDEPIERRE MC, CANTEREAU A, MAGAUD C, MOUZOU A, RAYMOND G, BRAUN S, COGNARD C. Improvement of calcium handling and changes in calcium-release properties after mini- or full-length dystrophin forced expression in cultured skeletal myotubes. Exp Cell Res 2004; 297: [41] MARIOL MC, MARTIN E, CHAMBONNIER L, SÉGALAT L. Dystrophin-dependent muscle degeneration requires a fully functional contractile machinery to occur in C. elegans. Neuromuscul Disord 2007; 17: [42] MARIOL MC, SEGALAT L. Muscular degeneration in the absence of dystrophin is a calciumdependent process. Curr Biol 2001; 11: [43] MERCER KB, FLAHERTY DB, MILLER RK, QADOTA H, TINLEY TL, MOERMAN DG, BENIAN GM. Caenorhabditis elegans UNC-98, a C 2 H 2 Zn finger protein, is a novel partner of UNC-97/PINCH in muscle adhesion complexes. Mol Biol Cell 2003; 14: [44] METZINGER L, BLAKE DJ, SQUIER MV, ANDERSON LV, DECONINCK AE, NAWROTZKI R, HILTON-JONES D, DAVIES KE. Dystrobrevin deficiency at the sarcolemma of patients with muscular dystrophy. Hum Mol Genet 1997; 6: [45] MIZUNO Y. Prevention of myonecrosis in mdx mice: effect of immobilization by the local tetanus method. Brain Dev 1992; 14: [46] MOERMAN DG, WILLIAMS BD. Sarcomere assembly in C. elegans muscle (January 16, 2006), Worm- Book, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, doi/ /wormbook , [47] MOULDER GL, HUANG MM, WATERSTON RH, BARSTEAD RJ. Talin requires beta-integrin, but not vinculin, for its assembly into focal adhesion-like structures in the nematode Caenorhabditis elegans. Mol Biol Cell 1996; 7: [48] NAPIERA A D, KACZMAREK M, S OMSKI R. Struktura, ekspresja i mutacje genu dmd, najwiêkszego genu cz³owieka. Post Biol Kom 2000; 27: [49] OKKEMA PG, KRAUSE M. Transcriptional regulation (December 23, 2005), WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, doi/ /wormbook ,

17 C. elegans A TERAPIE DYSTROFII MIÊŒNIOWEJ DUCHENNE'A 629 [50] VAN OMMEN GJ, BERTELSON C, GINJAAR HB, DEN DUNNEN JT, BAKKER E, CHELLY J, MAT- TON M, VAN ESSEN AJ, BARTLEY J, KUNKEL LM, et al. Long-range genomic map of the Duchenne muscular dystrophy (DMD) gene: isolation and use of J66 (DXS268), a distal intragenic marker. Genomics 1987; 1: [51] PASSAQUIN AC, LHOTE P, RÜEGG UT. Calcium influx inhibition by steroids and analogs in C2C12 skeletal muscle cells. Br J Pharmacol 1998; 124: [52] PORTER GA, DMYTRENKO GM, WINKELMANN JC, BLOCH RJ. Dystrophin colocalizes with betsspectrin in distinct subsarcolemmal domains in mammalian skeletal muscle. J Cell Biol 1992; 117: [53] PRINS KW, HUMSTON JL, MEHTA A, TATE V, RALSTON E, ERVASTI JM. Dystrophin is a microtubule-associated protein. J Cell Biol 2009; 186: [54] PYLE WG, SOLARO RJ. At the crossroads of myocardial signaling the role of Z-discs in intracellular signaling and cardiac function. Circ Res 2004; 94: [55] RAND J.B. Acetylcholine (January 30, 2007), WormBook, ed. The C. elegans Research Community, WormBook, doi/ /wormbook , [56] ROGALSKI TM, MULLEN GP, GILBERT MM, WILLIAMS BD, MOERMAN DG. The UNC-112 gene in Caenorhabditis elegans encodes a novel component of cell-matrix adhesion structures required for integrin localization in the muscle cell membrane. J Cell Biol 2000; 150: [57] RYBAKOVA IN, PATEL JR, ERVASTI JM. The dystrophin complex forms a mechanically strong link between the sarcolemma and sostameric actin. J Cell Biol 2000; 150: [58] SADOULET-PUCCIO HM, RAJALA M, KUNKEL LM. Dystrobrevin and dystrophin: an interaction through coiled-coil motifs. Proc Natl Acad Sci USA 1997; 94: [59] SAMAREL AM. Costameres, focal adhesions, and cardiomyocyte mechano-transduction. Am J Physiol Heart Circ Physiol 2005; 289: H2291 H2301. [60] SÉGALAT L, GRISONI K, ARCHER J, VARGAS C, BERTRAND A, ANDERSON JE. CAPON expression in skeletal muscle is regulated by position, repair, NOS activity, and dystrophy. Exp Cell Res 2005; 302: [61] SCHAFER WR. Genetic analysis of nicotinic signaling in worms and flies. J Neurobiol 2002; 53: [62] STRAATHOF CS, OVERWEG-PLANDSOEN WC, van den BURG GJ, van der KOOI AJ, VERSCHU- UREN JJ, de GROOT IJ. Prednisone 10 days on/10 days off in patients with Duchenne muscular dystrophy. J Neurol 2009; 256: [63] SUZUKI A, YOSHIDA M, OZAWA E. Mammalian alpha 1- and beta 1-syntrophin bind to the alternative splice-prone region of the dystrophin COOH terminus. J Cell Biol 1995; 128: [64] TOWERS PR, LESCURE P, BABAN D, MALEK JA, DUARTE J, JONES E, DAVIES KE, SEGALAT L, SATTELLE DB. Gene expression profiling studies on Caenorhabditis elegans dystrophin mutants dys-1(cx-35) and dys-1(cx18). Genomics 2006; 88: [65] VANDEBROUCK C, MARTIN D, COLSON-VAN SCHOOR M, DEBAIX H, GAILLY P. Involvement of TRPC in the abnormal calcium influx observed in dystrophic (mdx) mouse skeletal muscle fibers. J Cell Biol 2002; 158: [66] WELLS KE, TORELLI S, LU Q, BROWN SC, PARTRIDGE T, MUNTONI F, WELLS DJ. Relocalization of neuronal nitric oxide synthase (nnos) as a marker for complete restoration of the dystrophin associated protein complex in skeletal muscle. Neuromuscul Disord 2003; 13: [67] WHITEHEAD NP, YEUNG EW, ALLEN DG. Muscle damage in mdx (dystrophic) mice: role of calcium and reactive oxygen species. Clin Exp Pharmacol Physiol 2006; 33: [68] WILLIAMS BD, WATERSTON RH. Genes critical for muscle development and function in Caenorhabditis elegans identified through lethal mutations. J Cell Biol 1994; 124: [69] WONG BL, CHRISTOPHER C. Corticosteroids in Duchenne muscular dystrophy: a reappraisal. J Child Neurol 2002; 17: Redaktor prowadz¹cy W. Kilarski Otrzymano: r. Przyjêto: r. ucja Czy ewska-majchrzak Zak³ad Biologii Komórki, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. kalinka71@wp.pl